ההבדל בין ORP לבין Eh

במכשירי ORP רגילים נמדד הפרש מתח בין אלקטרודת אינדיקטור, לרוב מפלטינה, לבין אלקטרודת ייחוס כגון כסף/כלוריד הכסף (Ag/AgCl).

הסימון Eh משמש לפוטנציאל המדווח ביחס לאלקטרודת המימן התקנית ( SHE – Standard Hydrogen Electrode ). לעומת זאת, ערך המוצג ישירות על ידי מד ORP עשוי להיות מיוחס לאלקטרודת ייחוס אחרת.

כדי להעביר את הקריאה לסולם SHE נדרש תיקון המבוסס על סוג אלקטרודת הייחוס, ריכוז תמיסת המילוי והטמפרטורה. אין להוסיף באופן אוטומטי ערך תיקון קבוע לכל מכשיר.

זוהי הצגה מפושטת לפי מוסכמת הסימנים הרגילה, שבה המכשיר מודד את פוטנציאל אלקטרודת האינדיקטור ביחס לאלקטרודת הייחוס. יש לבדוק אם המכשיר כבר מבצע תיקון ייחוס.

מדוע שני מדי ORP עשויים להציג תוצאות שונות?

הבדלים בין מערכות תקינות עשויים לנבוע מאלקטרודות ייחוס שונות, מצב פני האלקטרודה, פוטנציאל הצומת הנוזלית, טמפרטורה, זמני התייצבות או תנאים שונים של הדגימה.

לכן, השוואה משמעותית מחייבת מידע על שיטת המדידה, ולא רק שני מספרים במיליוולט.

משוואת נרנסט ומה היא מסבירה

משוואת נרנסט מתארת את הקשר בין פוטנציאל אלקטרוכימי לבין הפעילויות הכימיות של הצורות המחומצנות והמחוזרות כאשר מתקיימים התנאים התרמודינמיים המתאימים.

כאן E הוא הפוטנציאל, E° הוא הפוטנציאל התקני, R הוא קבוע הגזים, T היא הטמפרטורה בקלווין, n הוא מספר האלקטרונים בתגובה, F הוא קבוע פאראדיי, ו-a מייצגת פעילות כימית.

הנוסחה מוצגת עבור זוג חמצון־חיזור מוגדר. אם משתתפים בתגובה גם פרוטונים, השפעתם נכללת בביטוי המתאים לפעילויות המגיבים והתוצרים.

מדוע אי אפשר לחשב ORP של מי ברז באמצעות נוסחה אחת?

מי שתייה אינם תמיסה פשוטה של זוג חמצון־חיזור יחיד. הם עשויים להכיל חמצן מומס, חומרי חיטוי, חומר אורגני, ברזל, מנגן ורכיבים נוספים המשתתפים בתהליכים שונים, שלא בהכרח נמצאים בשיווי משקל.

במצבים כאלה האלקטרודה עשויה להציג פוטנציאל מעורב (Mixed Potential) : תוצאה המושפעת מכמה תגובות אלקטרוכימיות ומקצב התרחשותן על פני האלקטרודה.

לפיכך, משוואת נרנסט אינה מספקת נוסחת המרה אוניברסלית בין הרכבם של מים טבעיים לבין קריאת ORP.

אילו גורמים משפיעים על קריאת ORP?

השפעת pH אינה זהה בכל מערכת

במערכות רבות של מי שתייה מחוטאים, עלייה ב-pH מלווה בירידה בפוטנציאל הנמדד. למשל, בכלור חופשי, ה-pH משפיע על היחס בין חומצה היפוכלורית (HOCl) לבין יון היפוכלוריט (OCl⁻).

עם זאת, לא נכון להחיל על כל דגימת מים כלל שלפיו שינוי יחידת pH אחת משנה את ORP במספר קבוע של מיליוולטים. התלות בפועל נקבעת על ידי התגובות והחומרים הפעילים באותה מערכת.

איך מודדים ORP בצורה אמינה?

מערכת מדידה טיפוסית כוללת אלקטרודת אינדיקטור מפלטינה או מזהב, אלקטרודת ייחוס ומכשיר המודד הפרש פוטנציאלים בזרם זניח.

אימות תקינות המכשיר

ניתן לבדוק את תגובת החיישן באמצעות תמיסת ייחוס מתאימה, כגון תמיסת Zobell, תוך שימוש בערך הצפוי עבור האלקטרודה והטמפרטורה המסוימות.

חשוב להבחין בין בדיקת תקינות מול תמיסה ידועה לבין ניסיון לבנות באמצעות מד ORP עקומת ריכוז של כלור או של מזהם מסוים. אלה שתי משימות שונות.

קשיי מדידה במים בעלי מוליכות נמוכה

במים דלי יונים, כגון מים לאחר אוסמוזה הפוכה, עלולים להתעורר קשיי יציבות, זמן התייצבות ממושך והשפעות של פוטנציאל הצומת הנוזלית ושל תנאי המדידה.

לכן, מספר המתקבל ממכשיר כיס אינו בהכרח מדויק רק מפני שהתצוגה מציגה ספרות בודדות של מיליוולט. רזולוציית התצוגה אינה שקולה לדיוק המדידה.

מדידה בכוס לעומת מדידה בקו

כאשר מבקשים לייצג את תנאי המים במערכת סגורה, מדידה בתא זרימה מתאים עשויה לצמצם שינויים הנגרמים מחשיפה לאוויר, שינוי טמפרטורה ועיכוב בין דיגום למדידה.

מדידה בכוס פתוחה עשויה להתאים להתרשמות מוגבלת, אך אינה בהכרח מייצגת את התנאים בצנרת, במיוחד במי תהום מחזרים או במים המכילים מחטא שאריתי.

ORP וחיטוי מי שתייה

אחת הסיבות המרכזיות לשימוש ב-ORP היא היכולת לעקוב אחר שינוי בתנאים המחמצנים של מים העוברים חיטוי. במערכת מבוקרת, שינוי חד בפוטנציאל עשוי לשמש התרעה על שינוי בתהליך, בצריכת המחטא או בהרכב המים.

מחקרם של Copeland ו-Lytle משנת 2014 בדק מחמצנים נפוצים במי שתייה ומצא כי הפוטנציאל הושפע מסוג המחמצן, מריכוזו ומה-pH. המחקר גם תיעד חוסר עקביות בחלק מהמדידות החוזרות.

ORP אינו מדידה ישירה של כלור

נוכחות כלור חופשי יכולה להשפיע באופן משמעותי על הפוטנציאל, אך אין קשר מספרי יחיד שמאפשר להמיר כל קריאת ORP לריכוז כלור.

לדוגמה, שתי דגימות שבהן ריכוז הכלור החופשי זהה עשויות להציג ערכי ORP שונים כאשר ה-pH, הטמפרטורה או הרכב המים שונים.

גם המצב ההפוך אפשרי: דגימות בעלות פוטנציאל דומה אינן חייבות להכיל אותו ריכוז מחטא.

מדוע ORP אינו מוכיח חיטוי יעיל?

יעילות חיטוי כימי תלויה, בין היתר, בסוג המחטא, בריכוזו, בזמן המגע האפקטיבי, ב-pH, בטמפרטורה, בהרכב המים וברגישות המיקרואורגניזם.

בתהליכי חיטוי רלוונטיים משתמשים גם במושג CT — מכפלת ריכוז המחטא השאריתי בזמן המגע האפקטיבי, בהתאם לשיטת ההערכה ולדרישות התהליך.

מד ORP אינו מודד בעצמו זמן מגע, אינו מזהה פתוגנים ואינו מוכיח שהושגה רמת השבתה מיקרוביאלית נדרשת.

השימוש המקצועי המתאים

במתקן שבו ידועים הרכב המים, שיטת החיטוי ותנאי התהליך, אפשר להשתמש ב-ORP כאחד מאותות הבקרה. עם זאת, קביעת ביצועי החיטוי והעמידה בדרישות איכות מי השתייה מחייבת מדדים ושיטות אימות המתאימים למטרה.

ORP במי תהום, קורוזיה והתנהגות מזהמים

פוטנציאל חמצון־חיזור ממלא תפקיד בהבנת תנאים הידרוגאוכימיים. תנאים מחמצנים או מחזרים עשויים להשפיע על הצורות הכימיות ועל מסיסותם של ברזל, מנגן, ארסן ומזהמים נוספים.

למשל, בתנאים מחזרים מסוימים ברזל ומנגן עשויים להימצא בצורות מסיסות יותר. אולם, אין להסיק מכך שערך ORP מסוים מוכיח נוכחות של אחד מהם או מאפשר לחזות את ריכוזו.

בדיאגרמות Eh-pH אפשר להציג תחומי יציבות תרמודינמיים של צורות כימיות שונות. דיאגרמות אלה מועילות להבנת מגמות, אך הן מבוססות על הנחות שיווי משקל ועל הרכב כימי מוגדר.

בפועל, קורוזיה ושחרור מתכות מצנרת תלויים גם בחומר הצינור, בשכבות המשקע, באלקליניות, בחומרים מעכבי קורוזיה, בקינטיקה ובהיסטוריה של המערכת. ORP לבדו אינו מנבא שחרור עופרת או מתכת אחרת.

מים בעלי ORP שלילי וטענות בריאותיות

בשיווק מערכות יינון, מים אלקליים ומים מועשרים במימן מופיעה לעיתים הטענה שערך ORP שלילי מעיד על מים בעלי תכונות נוגדות חמצון, ולכן על תועלת בריאותית מיוחדת.

זוהי הסקה בעייתית. פוטנציאל שלילי שנמדד בכוס אינו מדידה של יכולת נוגדת חמצון בתוך הגוף, ואינו מוכיח השפעה על תהליכים תאיים, הזדקנות או תחלואה.

ההבדל בין ORP לבין מימן מולקולרי

במים שעברו תהליכים מסוימים, למשל אלקטרוליזה, ייתכן נוכחות של מימן מולקולרי מומס (H₂), שיכול להשפיע על קריאת ORP.

אולם, ריכוז H₂ וקריאת ORP אינם אותו מדד. כדי לחקור השפעה אפשרית של מימן נדרשת מדידה של ריכוזו, לצד מחקר ביולוגי או קליני המתוכנן לבחון תוצאות מוגדרות.

מה קורה לאחר שתיית המים?

מים הנכנסים לגוף נחשפים לסביבה כימית מורכבת, לרבות תנאי חומציות שונים, מערכות חיץ ותגובות ביוכימיות. לא ניתן להשליך ישירות מקריאת ORP מחוץ לגוף על מצב החמצון־חיזור בתאים וברקמות.

קיימים מחקרים ראשוניים הבוחנים מים מועשרים במימן ומדדים ביולוגיים מסוימים, אך אין בכך הוכחה לכך שקריאת ORP שלילית, כשלעצמה, חוזה תועלת קלינית.

ORP לעומת מדדים אחרים לאיכות מים

בדיקת איכות מים אמינה מבוססת על בחירת מדדים המתאימים לשאלה הנבדקת. אין מדד יחיד שמחליף בדיקות כימיות, מיקרוביולוגיות ופיזיקליות כאשר הן נדרשות.

דוגמאות לפרשנות נכונה של ORP

התרחישים הבאים ממחישים עקרונות מדידה. הם אינם תוצאות של ניסוי מסוים ואינם קובעים ערכי ORP אופייניים.

מים לאחר סינון בפחם פעיל

כאשר פחם פעיל מסיר כלור חופשי מן המים, עשויה להשתנות גם קריאת ORP. שינוי כזה יכול להתאים לשינוי בהרכב המחמצנים, אך אינו מודד ישירות את יעילות הסינון.

כדי לבדוק הסרת כלור, יש להשתמש בשיטת מדידה המתאימה לכלור השאריתי.

מים לאחר אוסמוזה הפוכה

במים בעלי מוליכות נמוכה מדידות אלקטרוכימיות עלולות להיות רגישות יותר לתנאי המדידה. לכן, קריאת ORP חריגה אינה מעידה בהכרח על איכות חריגה של המים.

מי תהום בתנאים מחזרים

ערך ORP נמוך יכול להתיישב עם תנאים מחזרים, אך כדי לזהות ברזל מסיס, מנגן, סולפידים או מזהמים אחרים נדרשות בדיקות ייעודיות.

מים עם שארית כלור

ORP יכול לסייע בזיהוי שינוי בתנאי המערכת, אולם יש למדוד את ריכוז הכלור בשיטה מתאימה ולבחון את דרישות החיטוי הרלוונטיות.

מים המשווקים כמים נוגדי חמצון

גם אם מדידה חוזרת מאשרת פוטנציאל שלילי, עדיין לא הוכחה כל השפעה בריאותית. נדרשים נתונים על הרכב המים ומחקר מתאים על התוצאה הנטענת.

ORP, תקנים ודרישות איכות מי שתייה

אין להתייחס לערך ORP בודד כאל תעודת עמידה בדרישות איכות מי שתייה. התקינה והפיקוח על איכות מי שתייה נשענים על פרמטרים ושיטות בדיקה מוגדרים בהתאם לסוג הסיכון.

בישראל, המסגרת המרכזית היא תקנות בריאות העם (איכותם התברואית של מי שתייה ומתקני מי שתייה), התשע"ג–2013, על תיקוניהן. אין להסיק מערכי ORP המצוטטים במדריכי בריכות או בתיעוד של מערכות טיפול כי אלה ערכים מחייבים לבטיחות מי שתייה בישראל.

גם במסמכים מקצועיים בינלאומיים עשויה להופיע מדידת ORP ככלי לבקרת תהליך, מבלי שהיא מהווה מדד חלופי לדרישות מיקרוביולוגיות או למדידת ריכוז מחטא.

שאלות נפוצות על ORP

סיכום מדעי

מקורות מדעיים ומקצועיים

המקורות הבאים כוללים הנחיות מדידה רשמיות, מחקר אלקטרוכימי על מחמצנים במי שתייה ומסמכי בקרה מקצועיים. יש להבחין בין מקור העוסק במדידת ORP לבין מקור הקובע דרישות לאיכות מי שתייה.

המידע נועד להבנה מדעית של המדד ואינו מהווה אישור לאיכות מי שתייה, תחליף לבדיקת מעבדה או המלצה רפואית. ערכים רגולטוריים ושיטות מדידה יש לבדוק במסמכים המחייבים ובגרסאותיהם העדכניות.